Jun. 02, 2025
環氧樹脂(epoxyresin,EP)具有優異的綜合性能,如耐熱性、機械性能、加工性、電氣絕緣性、穩定性等,在電子器件、建筑工程、汽車配件、航空航天儀器設備等領域應用廣泛。然而,EP也存在一些如交聯密度高以及內應力導致的易開裂、抗沖擊韌性差、阻燃性差等問題。為提高EP的綜合性能,通常將其與有機或無機填料,如玻璃纖維、碳纖維、氧化鋁、中空玻璃微珠(hollowglassbead,HGB)等復合。其中,HGB因其質輕、強度高、易分散、絕緣和耐熱性能優異等特點,常被用于EP的輕量化、高強度改性。通常,未改性的填料表面光滑,且無活性基團,與聚合物基體之間的相互作用力較弱,難以有效實現所承載應力的傳遞和擴散,進而無法達到較高的綜合性能。
為提高HGB與聚合物基體間的界面結合力,一些研究者采用偶聯劑、聚多巴胺、水性上漿劑等對HGB進行表面改性。以上方法主要是采用化學試劑在HGB表面引入活性基團,效率較低,且對環境存在一定的負面影響。物理表面改性,如等離子體、高能射線、超聲波等物理改性方法也能夠在HGB表面引入活性基團,可避免化學試劑的使用。其中,等離子體表面改性可使填料表面的惰性基團變成活性基團,從而增大填料與基體間的分子作用力;同時,等離子體表面處理具有類似刻蝕的作用,可增強機械互鎖作用。
由圖1可知,經過等離子體表面處理后,HGB-0表面光滑程度降低,粗糙度有所增加,且出現類似燒蝕的痕跡,這是因為等離子體處理使HGB表面出現刻蝕現象。由圖2可知,經過等離子表面處理后,HGB在2918cm-1和2849cm-1處出現較為明顯的新吸收峰,這是醛基中C—H鍵的特征峰。這表明真空等離子表面處理成功在HGB表面引入活性基團,這有利于增強HGB與EP之間的相互作用。

HGB的表面浸潤性分析
水滴落在HGB表面時的接觸角見圖3,其完全鋪展(接觸角降至0°的時間)所用時間見表1。由表1可知,未經改性的HGB在水滴落時(0s時)的接觸角為56.5°,而在3.2s后完全鋪展。經等離子體表面處理1h后,HGB在0s的接觸角和水完全鋪展時間分別降至47.3°和2.4s,表明浸潤性提高。這是因為等離子體表面處理為HGB表面引入了活性基團。

綜上分析,通過等離子體處理在HGB表面產生的活性基團可顯著提高其表面浸潤性,提升HGB和EP界面間的相互作用力,進而有效提高復合材料的力學性能。
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